Сүрөт автордун жыйнагынан алынган
1. Тарых
Bubble эстутуму же цилиндрдик магниттик домен эстутуму - 1967-жылы Bell Labs лабораториясында Эндрю Бобек тарабынан иштелип чыккан туруктуу эс тутуму. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, жетишерлик күчтүү магнит талаасы пленканын бетине перпендикуляр багытталганда ферриттердин жана гранаттардын монокристаллдуу жука пленкаларында кичинекей цилиндр түрүндөгү магниттик домендер пайда болот. Магниттик талааны өзгөртүү менен бул көбүкчөлөрдү жылдырууга болот. Бул касиеттер магниттик көбүкчөлөрдү ырааттуу бит дүкөнүн куруу үчүн идеалдуу кылат, мисалы, сменалык регистр, мында көбүктүн белгилүү бир позицияда болушу же жок болушу биттин мааниси нөл же бир экенин билдирет. Көбүктүн диаметри микрондун ондон бир бөлүгүн түзөт; бир чип миңдеген бит маалыматтарды сактай алат. Мисалы, 1977-жылдын жазында, Texas Instruments биринчи жолу рынокко 92304 бит кубаттуулуктагы чипти киргизген. Бул эс туруксуз, аны магниттик лентага же дискке окшош кылат, бирок ал катуу абалда болгондуктан жана кыймылдуу бөлүктөрү жок болгондуктан, ал лентага же дискке караганда ишенимдүү, эч кандай тейлөөнү талап кылбайт жана бир топ кичине жана жеңил. жана портативдик түзүлүштөрдө колдонулушу мүмкүн.
Көбүктүн эс тутумунун баштапкы ойлоп табуучусу Эндрю Бобек эстутумдун ферромагниттик материалдын ичке тилкеси оролгон жип түрүндөгү “бир өлчөмдүү” версиясын сунуш кылган. Эстутумдун мындай түрү "Twistor" деп аталып, ал тургай массалык түрдө чыгарылган, бирок көп өтпөй "эки өлчөмдүү" версия менен алмаштырылган.
Көбүктүн эс тутумунун жаралуу тарыхы менен [1-3] тааныша аласыз.
2. Иштөө принциби
Бул жерде сизден кечирим сурайм, мен физик эмесмин, андыктан презентация абдан болжолдуу болот.
Кээ бир материалдар (мисалы, гадолиний галлий гранаты) бир гана багытта магниттелишет жана ал огу боюнча туруктуу магнит талаасы колдонулса, магниттелген аймактар төмөндөгү сүрөттө көрсөтүлгөндөй көбүкчөлөрдү пайда кылат. Ар бир көбүктүн диаметри болгону бир нече микрон.
Магниттик эмес, мисалы, айнек, субстраттын үстүнө салынган мындай материалдын ичке, болжол менен 0,001 дюймдук кристаллдык пленкасы бар дейли.
Мунун баары сыйкырдуу көбүкчөлөр жөнүндө. Сол жактагы сүрөт – магнит талаасы жок, оң жактагы сүрөт – магнит талаасы пленканын бетине перпендикуляр багытталган.
Магниттик материалдан, мисалы, пермаллойдон, темир-никель эритмесинен ушундай материалдын пленкасынын бетинде үлгү түзүлсө, анда көбүкчөлөр бул калыптын элементтерине магниттелишет. Эреже катары, T же V түрүндөгү үлгүлөр колдонулат.
Жалгыз көбүк магниттик пленкага перпендикуляр колдонулуучу жана туруктуу магнит тарабынан түзүлгөн 100-200 эрст магнит талаасынан түзүлүшү мүмкүн, ал эми XY багыттарында эки катушкалар пайда кылган айлануучу магнит талаасы көбүктүн домендерин жылдырууга мүмкүндүк берет бир магниттик "аралдан" экинчисине, сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Магниттик талаанын багытын төрт жолу өзгөрткөндөн кийин, домен бир аралдан коңшуга жылат.
Мунун баары бизге DMD түзүлүшүн сменалык регистр катары кароого мүмкүндүк берет. Эгерде биз регистрдин бир учунда көбүкчөлөрдү жаратып, экинчи жагынан аныктасак, анда биз көбүктөрдүн белгилүү бир үлгүсүн айланта алабыз жана системаны сактоочу түзүлүш катары колдоно алабыз, биттерди белгилүү бир убакта окуп жана жазабыз.
Бул санариптик МДда эстутумдун артыкчылыктары менен кемчиликтерине алып келет: артыкчылыгы туруксуз (туруктуу магниттер тарабынан түзүлгөн перпендикулярдык талаа колдонулса, көбүктөр жоголбойт жана өз ордуларынан жылбайт), ал эми кемчилиги - узак кирүү убактысы, анткени Ыктыярдуу битке жетүү үчүн, сиз бүт нөөмөт регистрин каалаган абалга жылдырышыңыз керек жана ал канчалык узак болсо, ошончолук көп цикл талап кылынат.
CD магниттик пленкадагы магниттик элементтердин үлгүсү.
Магниттик доменди түзүү англис тилинде "нуклеация" деп аталат жана орамга болжол менен 100 нс убакытта бир нече жүз миллиампер токту колдонуудан жана пленкага перпендикуляр жана магнит талаасына карама-каршы келген магнит талаасын түзүүдөн турат. туруктуу магнит. Бул магниттик "көбүктү" жаратат - тасмада цилиндрдик магниттик домен. Процесс, тилекке каршы, температурага абдан көз каранды, жазуу операциясы көбүк пайда болбой калышы мүмкүн, же бир нече көбүк пайда болушу мүмкүн.
Тасмадагы маалыматтарды окуу үчүн бир нече ыкмалар колдонулат.
Бир ыкма, кыйратуучу эмес окуу, магниторезистивдүү сенсордун жардамы менен цилиндрдик домендин алсыз магнит талаасын аныктоо болуп саналат.
Экинчи ыкма - кыйратуучу окуу. көбүк алдыга багытта магниттештирүү менен көбүк жок кылынган атайын муун/аныктоо трекке өткөрүлүп берилет. Эгерде материал карама-каршы багытта магниттелсе, башкача айтканда, көбүк бар болсо, бул катушкада көбүрөөк токту пайда кылат жана бул электрондук схема тарабынан аныкталат. Андан кийин, көбүк кайра атайын жазуу трекинде түзүлүшү керек.
Бирок, эстутум бир үзгүлтүксүз массив катары уюштурулса, анда анын эки чоң кемчилиги болот. Биринчиден, кирүү убактысы абдан узун болот. Экинчиден, чынжырдагы бир кемчилик бүт аппараттын толук иштебей калышына алып келет. Ошондуктан, алар сүрөттө көрсөтүлгөндөй, бир негизги трек жана көптөгөн кул тректер түрүндө уюштурулган эстутумду түзөт.
Бир үзгүлтүксүз трек менен көбүк эстутум
Мастер/кул тректери менен көбүк эстутуму
Бул эстутум конфигурациясы кирүү убактысын бир топ кыскартууга гана эмес, ошондой эле белгилүү бир сандагы бузулган тректерди камтыган эс тутумдарын чыгарууга мүмкүндүк берет. Эстутум контроллери аларды эске алып, окуу/жазуу операцияларында аларды айланып өтүшү керек.
Төмөндөгү сүрөттө көбүк эс тутумунун "чипинин" кесилиши көрсөтүлгөн.
Көбүктүн эс тутумунун иштөө принциби жөнүндө [4, 5] да окуй аласыз.
3. Intel 7110
Intel 7110 - көбүк эстутум модулу, сыйымдуулугу 1 МБ (1048576 бит) болгон MBM (магниттик көбүктүү эс). Ал KDPVде сүрөттөлгөн. 1 мегабит - ашыкча тректерди эске алуу менен колдонуучунун маалыматтарын сактоо сыйымдуулугу, жалпы сыйымдуулугу 1310720 бит; Аппаратта ар биринин сыйымдуулугу 320 бит болгон 4096 укурук түрүндөгү тректер (илмектер) бар, бирок алардын 256сы гана колдонуучунун маалыматтары үчүн колдонулат, калгандары "сынган" тректерди алмаштыруу жана ашыкча каталарды оңдоо кодун сактоо үчүн резерв болуп саналат. Аппараттын «негизги трек-кичи луп» архитектурасы бар. Жигердүү тректер жөнүндө маалымат өзүнчө жүктөө циклинде камтылган. KDPVде сиз түздөн-түз модулда басылган он алтылык кодду көрө аласыз. Бул "сынган" тректердин картасы, 80 он алтылык сандар 320 маалымат тректерин, активдүүлөрү бир бит менен, активдүү эместери нөл бит менен көрсөтүлөт.
Модулдун түпнуска документациясын [7] даректен окуй аласыз.
Аппарат эки катарлуу төөнөгүчтүү корпуска ээ жана ширетүүсүз (розеткага) орнотулган.
Модулдун түзүмү сүрөттө көрсөтүлгөн:
Эстутум массиви эки "жарым бөлүккө" бөлүнөт, алардын ар бири эки "квадратка" бөлүнөт, ар бир кварталда 80 кул тректи бар. Модуль айлануучу магнит талаасын түзүүчү эки ортогоналдык орамдын ичинде жайгашкан магниттик материалы бар плитаны камтыйт. Бул үчүн орамдарга бири-бирине салыштырмалуу 90 градуска жылган үч бурчтук формадагы ток сигналдары берилет. Пластиналар менен оромдордун жыйындысы туруктуу магниттердин арасына жайгаштырылат жана магниттик калканчка жайгаштырылат, ал туруктуу магниттер жараткан магнит агымын жаап, аппаратты тышкы магнит талаасынан коргойт. Пластина 2,5 градуска жантайт, бул эңкейиш боюнча кичинекей жылыш талаасын түзөт. Бул талаа катушкалардын талаасына салыштырмалуу анча деле маанилүү эмес жана аппарат иштеп жатканда көбүкчөлөрдүн кыймылына тоскоолдук кылбайт, бирок аспап өчүрүлгөндө көбүкчөлөрдү пермаллойдун элементтерине салыштырмалуу белгиленген позицияларга жылдырат. Туруктуу магниттердин күчтүү перпендикулярдык компоненти көбүктүү магниттик домендердин бар экендигин колдойт.
Модуль төмөнкү түйүндөрдү камтыйт:
- Эсте калган тректер. Түздөн-түз көбүктөрдү кармап турган жана багыттоочу пермаллой элементтеринин изи.
- Репликация генератору. Муундун ордунда дайыма турган весикуланын репликациясына кызмат кылат.
- Киргизүү трек жана алмашуу түйүндөрү. Түзүлгөн көбүкчөлөр кириш трек боюнча жылат. Көбүкчөлөр 80 кул жолунун бирине жылдырылат.
- Чыгуу треги жана репликация түйүнү. көбүкчөлөр аларды жок кылбастан маалымат тректеринен алынып салынат. көбүк эки бөлүккө бөлүнүп, алардын бири чыгаруу трекке жөнөтүлөт.
- Детектор. Чыгуу жолундагы көбүкчөлөр магнитке каршы детекторго кирет.
- Жүктөө треги. Жүктөө треги активдүү жана жигердүү эмес маалымат тректери жөнүндө маалыматты камтыйт.
Төмөндө биз бул түйүндөрдү кененирээк карап чыгабыз. Бул түйүндөрдүн сүрөттөлүшүн [6] да окуй аласыз.
Bubble муун
Көбүктү түзүү үчүн, кириш тректин эң башында кичинекей илмекке ийилген өткөргүч бар. Ага ток импульсы берилет, ал туруктуу магнит талаасынан күчтүүрөөк өтө кичинекей аймакта магнит талаасын пайда кылат. Импульс бул учурда көбүктү пайда кылат, ал туруктуу бойдон калууда, туруктуу магнит талаасы тарабынан колдоого алынат жана айлануучу магнит талаасынын таасири астында пермаллой элементин бойлото айланат. Эгерде эстутумга бирдикти жазуу керек болсо, анда биз өткөргүч циклге кыска импульс киргизебиз жана натыйжада эки көбүк пайда болот (сүрөттө Bubble сплит үрөн катары көрсөтүлгөн). көбүкчөлөрдүн бири пермаллой тректи бойлой айлануучу талаада шашат, экинчиси ордунда калып, тез эле баштапкы өлчөмүнө ээ болот. Андан кийин ал кулдук жолдордун бирине жылып, анын ичинде айланып жүргөн көбүктүн ордун алмаштырат. Ал, өз кезегинде, кириш тректин аягына жетип, жок болот.
Көбүктү алмаштыруу
Көбүктүн алмашуусу тиешелүү өткөргүчкө тик бурчтуу токтун импульсу келгенде пайда болот. Бул учурда көбүк эки бөлүккө бөлүнбөйт.
Маалыматтарды окуу
Берилиштер репликациялоо жолу менен чыгуучу трекке жөнөтүлөт жана окулгандан кийин өз трегинде айланууну улантат. Ошентип, бул аппарат кыйратпаган окуу ыкмасын ишке ашырат. Репликациялоо үчүн көбүк созулган пермаллой элементинин астына багытталат, анын астында ал созулат. Үстүндө илмек түрүндөгү өткөргүч да бар, эгерде циклге ток импульсы берилсе, көбүк эки бөлүккө бөлүнөт; Учурдагы импульс көбүктү эки бөлүккө бөлүү үчүн жогорку токтун кыска бөлүгүнөн жана көбүктү чыгаруучу жолго багыттоо үчүн төмөнкү токтун узунураак бөлүгүнөн турат.
Чыгуу жолунун аягында көбүктүү детектор, узун чынжырды түзүүчү пермаллой элементтеринен жасалган магниторезистивдүү көпүрө жайгашкан. Магниттик көбүк пермаллой элементинин астына түшкөндө, анын каршылыгы өзгөрөт жана көпүрөнүн чыгышында бир нече милливольттук потенциалдар айырмасы пайда болот. Пермаллой элементтеринин формасы көбүк аларды бойлой жылып, аягында ал атайын “коопсуздук” шинасына тийип, жок болуп кете тургандай кылып тандалат.
Артыкчылык
Аппаратта ар бири 320 биттен турган 4096 трек бар. Анын ичинен 272си активдүү, 48и резервдик, активдүү эмес.
Жүктөө цикли
Аппаратта 320 маалымат треки бар, анын 256сы колдонуучунун маалыматтарын сактоого арналган, калгандары бузулган болушу мүмкүн же бузулгандарды алмаштыруу үчүн запастык бөлүк катары кызмат кыла алат. Бир кошумча трек маалымат тректерин колдонуу жөнүндө маалыматты камтыйт, трекке 12 бит. Системага кубат берилгенде, аны инициализациялоо керек. Инициализация процессинде контроллер жүктөө трегин окуп, андан маалыматты формат чипинин/учурдагы сенсордун атайын реестрине жазуусу керек. Ошондо контроллер активдүү тректерди гана колдонот, ал эми жигердүү эместерге көңүл бурулбайт жана аларга эч кандай жазуу жасалбайт.
Маалыматтар кампасы - Структура
Колдонуучунун көз карашы боюнча, маалыматтар ар бири 2048 биттен турган 512 баракта сакталат. Аппараттын ар бир жарымында 256 байт маалымат, 14 бит катаны оңдоо коду жана 2 пайдаланылбаган бит сакталат.
Катаны оңдоо
Ката табуу жана оңдоону 14 биттен турган ар бир блокто (анын ичинде коддун өзүн кошкондо) узундугу 5 битке чейинки бир катаны оңдогон 270 бит код декодерин камтыган учурдагы сенсор чипинин жардамы менен аткарылышы мүмкүн. Код ар бир 256 биттик блоктун аягына тиркелет. Түзөтүү коду колдонулушу же колдонулбашы мүмкүн, колдонуучунун каалоосу боюнча кодду текшерүү контроллерде күйгүзүлүшү же өчүрүлүшү мүмкүн. Эгер код колдонулбаса, бардык 270 бит колдонуучу маалыматтары үчүн колдонулушу мүмкүн.
Кирүү убактысы
Магнит талаасы 50 кГц жыштыкта айланат. Биринчи беттин биринчи битине кирүүнүн орточо убактысы 41 мс, бул трек аркылуу толук циклди аяктоо үчүн талап кылынган убакыттын жарымына жана чыгуучу тректи аягына чыгарууга кеткен убакытка туура келет.
320 активдүү жана запастык жолдордун ар бири 80ден төрт бөлүккө бөлүнөт. Бул уюм мүмкүндүк алуу убактысын кыскартат. Чейрек жуптар менен каралат: ар бир жуп чейрек тиешелүүлүгүнө жараша сөздүн жуп жана так биттерин камтыйт. Түзмөктө төрт баштапкы көбүкчөлөрү бар төрт киргизүү треки жана төрт чыгуучу трек бар. Чыгуу жолдору эки детекторду колдонушат, алар бир детектор бир эле учурда эки тректен эки көбүктү эч качан кабыл албагандай уюштурулган. Ошентип, төрт көбүк агымы мультиплекстелип, эки биттик агымга айландырылат жана учурдагы сенсордук чиптин регистрлеринде сакталат. Ал жерде регистрлердин мазмуну кайрадан мультиплекстелет жана сериялык интерфейс аркылуу контроллерге жөнөтүлөт.
Макаланын экинчи бөлүгүндө биз көбүк эс тутумунун контроллеринин схемасын жакшыраак карап чыгабыз.
4. Шилтемелер
Автор тармактын эң караңгы бурчтарынан таап, сиз үчүн DMD, анын тарыхы жана башка тиешелүү аспектилер боюнча эстутум боюнча көптөгөн пайдалуу техникалык маалыматтарды сактап койгон:
1. — Инженер Бобек женунде эки эскеруу
2. — Инженер Бобек тууралуу эки эскерүү (2-бөлүк)
3. - Көбүк эстутум
4. Стандарттык микрокомпьютер чөйрөсүндө магниттик көбүктүн эс тутумун адаптациялоо
5. - Texas Instruments TIB 0203 Bubble Memory
6. - Эстутум компоненттеринин колдонмосу. Intel 1983.
7. 7110 1-мегабит көбүк эс тутуму
Source: www.habr.com